Программы для расчета на прочность совместимые с AutoCad Введение. Аналитические методы оценки отклика конструкций на внешние воздействия различной физической природы без натурного моделирования возникли довольно давно. Появление и развитие вычислительной техники дало новый толчок совершенствованию численных методов анализа, которые являются сегодня основным инструментом расчетчика. Средства автоматизации инженерного анализа, основанные на численных методах , стали неотъемлемой частью процесса проектирования изделия. Для успешного применения каждый расчетный пакет должен соответствовать двум требованиям: Воплощать самые эффективные численные алгоритмы; Предоставлять пользователю развитый набор сервисных функций по подготовке исходных данных и обработке результатов расчета. В зависимости от степени соответствия данным критериям все программные средства автоматизации подразделяются на легкие, средние и тяжелые. Степень «тяжести» в данном случае является показателем мощности и эффективности. Рассмотрим возможности «тяжелых» , т.е. наиболее мощных расчетных комплексов. Ansys (ANSYS, Inc.) Ansys уже более 25 лет входит в число лидирующих тяжелых конечно-элементных расчетных комплексов. Начинавшийся как система для внутреннего использования фирмы Westinghouse Electric, Ansys проник из своей «материнской» области , ядерной энергетики, во все области промышленности, завоевав доверие многих тысяч пользователей по всему миру. Такой успех достигнут на основании следующих важнейших отличительных особенностей: Ansys – единственная конечно-элементная система с таким полным охватом явлений различной физической природы: прочность, теплофизика, гидрогазодинамика и электромагнетизм с возможностью решения связанных задач , объединяющих все перечисленные виды; Широчайшая интеграция и двухсторонний обмен данными со всеми CAD / CAE / CAM – системами; Открытость (то есть модифицируемость и дополняемость); Самый высокий показатель «эффективность/стоимость»; Среди множества конечно-элементных программных комплексов Ansys – первый и единственный, разработанный и сертифицированный согласно международным стандартам ISO 9000 и ISO 9001; Ansys предоставляет уникальную по полноте и самую обширную по содержанию современную систему help на основе гипертекстового представления , доступ к которой осуществляется в интерактивном режиме online. Препроцессор Ansys позволяет не только создавать геометрические модели собственными средствами , но импортировать уже готовые, созданные средствами CAD-систем. Надо отметить ,что геометрическая модель в дальнейшем может быть модифицирована любым образом, поскольку при импорте осуществляется перетрансляция данных в геометрический формат Ansys, и деталь не подменяется «неприкасаемой» конечно-элементной сеткой. Пользователь может удалять несущественные мелкие подробности, достраивать определенные детали, проводить сгущение/разрежение сетки и другие важнейшие операции , без которых дальнейшее решение может быть совершенно некорректно или вообще окажется недостижимым. Построение поверхностей, твердотельной и каркасной геометрии и внесение изменений осуществляется средствами собственного геометрического моделера. Как уже отмечалось, Ansys позволяет решать проблемы прочности, теплофизики, гидрогазодинамики, электромагнетизма совместно с расчетом усталостных характеристик и процедурами оптимизации. Единая система команд и единая база данных полностью исключают проблемы интеграции и взаимного обмена между указанными сферами. Более того, в программе использованы специализированные конечные элементы, имеющие , помимо перемещений и поворотов в узлах , степени свободы по температуре, напряжению и др., а также переключения типа элемента , например электромагнитного на прочностной. Благодаря этому ,в программе реализованы уникальные возможности проведения связанного анализа. Оптимизация конструкции , таким образом, может вестись с учетом всего многообразия физических воздействий на нее. В результате многолетнего сотрудничества фирм ANSYS Inc. и LSTC в программу включен модуль ANSYS/LS-DYNA – полностью интегрированная в среду Ansys всемирно известная программа для высоконелинейных расчетов LS-DYNA. Соединение в одной программной оболочке традиционных методов решения с обращением матриц и математического аппарата программы LS-DYNA, которая использует явный метод интегрирования, позволяет переходить с неявного на явный метод решения и наоборот. Описанный подход объединяет преимущества обоих методов и позволяет численно моделировать процессы формования материалов, анализа аварийных столкновений (например, автомобилей) и ударов при конечных деформациях , нелинейном поведении материала и контактном взаимодействии большого числа тел. С использованием этой функции перехода могут быть решены задачи динамического поведения предварительно напряженных конструкций (попадание птицы в преднапряженную турбину двигателя, сейсмический анализ сооружений , нагруженных, например , собственным весом и т.д.) и задачи исследования разгрузки конструкций, подвергнутых большим деформациям (упругое пружинение тонкого штампованного листа и т.д.). LS-DYNA (Livermore Software Technologies Corp.) LS-DYNA – многоцелевая программа , использующая явную формулировку метода конечных элементов(МКЭ) , - предназначена для анализа нелинейного динамического отклика трехмерных упругих структур. LS-DYNA была задумана как часть оборонной программы США и до сих пор является ею. Полностью распараллеленный и векторизованный высокоэффективный алгоритм решения нелинейных и быстротекущих процессов , автоматизированный процесс решения контактных задач , а также множество функций по проверке получаемого решения позволяют инженерам во всем мире успешно решать сложнейшие задачи удара, разрушения и формования. Уникальный математический аппарат включает более 25 алгоритмов контактного взаимодействия, более 100 уравнений состояния, что позволяет решать задачи: Нелинейной динамики; Тепловые; Разрушения; Развития трещин; Контакта; Квазистатики; Эйлеровой формулировки МКЭ; Произвольного лагранж-эйлерова поведения; Акустики в реальном масштабе времени; Многодисциплинарного анализа: прочность, теплофизика, акустика; Все приведенные аналитические инструменты позволяют моделировать широкий круг реальных задач. Вот лишь некоторые приложения возможностей LS-DYNA: Оценка сопротивляемости удару (краш-тест): автомобили, летательные аппараты, поезда, суда; Анализ динамической прочности автомобильных комплектующих: кузов, бамперы, колесные диски, рулевые колонки и т.д. при движении по неровной поверхности; Оценка безопасности пассажира: взаимодействие воздушной подушки и виртуальной модели человека с моделированием ремней безопасности, прорыв подушки безопасности и др.; Формование металла , стекла, пластиков: прокат, выдавливание, штамповка ,волочение , сверхпластическое формование, резка, прокат профилей, литье, глубокая вытяжка, гидроформование (включая большие деформации) и многоступенчатые процессы; Птицестойкость и задачи об отрыве лопатки турбинных двигателей; Взаимодействие потоков жидкости и газа с конструкцией; Взрывная нагрузка на изделия; Задачи проникания (пробивание броневой пластины, внедрение в грунт пенетраторов и т.п.); Расчет сварных, заклепочных и болтовых соединений; Биомедицинские приложения; Моделирование землятресений. Eta/DYNAFORM (Engineering Technologies Associates) Eta/DYNAFORM – специализированный программный комплекс, ориентированный на моделирование процессов листовой штамповки и использующий в качестве ядра математический аппарат программы LS-DYNA. Пре- и постпроцессинг DYNAFORM построен с учетом всех специфических особенностей техпроцесса: он автоматизирует стандартные операции подготовки расчетной схемы и функции оценки и интерпретации результатов анализа и базируется на общепринятой терминологии, знакомой каждому инженеру-технологу. Инструментарий программы включает: Автоматическое построение сеток; Адаптивные сетки с анимацией истории построения; Обширную библиотеку промышленных материалов; Автоматизированное позиционирование инструмента; Вовлечение явлений потери устойчивости листа – коробления; Расчет тангенциальных усилий под прижимами (тормозными ребрами); Расчет упругой разгрузки изделия ; Высококачественную визуализацию всех результатов и анимацию; Построение предельной диаграммы “формуемости”. ADAMS(Mechanical Dynamics, Inc.) На сегодняшний день ADAMS находит применение в автомобилестроении, авиастроении, космонавтике, железнодорожном транспорте, общем машиностроении, судостроении, робототехнике, приборостроении, биомеханике и даже в индустрии отдыха и развлечений. ADAMS предоставляет пользователям следующие возможности: Создавать компьютерную модель системы из жестких и деформируемых элементов, соединенных между собой различными связями и шарнирами; Создавать параметризованную модель на базе ядра твердотельного моделирования Parasolid , а также обмениваться геометрическими моделями в форматах IGES, STEP, DXF, DWG, STL; Визуализировать модель конструкции мощными средствами графики; Задавать вынужденные перемещения и движения элементов системы и прикладывать активные внешние силы и моменты; Проводить статический, динамический и кинематический анализ системы; Визуализировать движение системы и фиксировать заданные события; Анализировать влияние вариаций параметров конструктивных элементов на поведение системы (анализ чувствительности); Оптимизировать изделие по заданному критерию; Получать результаты анализа в удобном для оценке и интерпритации виде: графики, таблицы, анимация (высококачественная анимация, в том числе и специализированная – с «точки зрения водителя», облет движущегося изделия камерой по заданной траектории, «следящая камера» и т.д.); Производить двухсторонний обмен информацией с программными комплексами автоматизированного проектирования, конечно-элементного анализа, анимации; Настраивать комплекс под типовые задачи конкретного пользователя; Использовать специализированные модули, ориентированные на конкретные области техники (автомобильная, железнодорожная); Определять все параметры движения системы как из абсолютно жестких, так и из упругих звеньев; вычислять усилия в связях и реакции в опорах с полной историей изменения по времени, приходящие усилия на элементы управления; определять взаимное перемещение составных частей, перемещение и углы поворота в шарнирах ; проводить статический и модальный анализ и многое другое. Star-CD(Computational Dynamics) Star-CD была первой в мире программой, включившей в себя процедуру так называемых скользящих сеток. Эффективная параллелизация алгоритма решения , основанного на применении метода конечных объемов, в сочетании с уникальными методиками автоматизированного разбиения области течения позволяет моделировать задачи любой степени геометрической сложности. Традиционными областями применения Star-CD являются следующие области: Транспорт; Энергетика; Химическая и обрабатывающая; Общее машиностроение; Строительная; Электротехническая и электронная; Газо- и нефтедобыча; Star-CD является многоцелевым единым CFD-пакетом, предоставляющим пользователю следующие возможности для решения задач механики жидкостей и газов на всех типах сеток: Стационарные и нестационарные течения; Ламинарные течения – модель Ньютона и неньютоновские жидкости; Турбулентные течения (применяется несколько наиболее известных моделей); Сжимаемые и несжимаемые (включая около- и сверхзвуковые); Теплоперенос (конвективный, радиационный, теплопроводность с учетом твердых тел); Массоперенос; Химические реакции; Горение газообразного, жидкого и твердого топлива; Распределенное сопротивление (например, в пористых средах, теплообменниках); Многокомпонентные течения; Многофазные потоки – модель Лагранжа (дисперсные газы – твердое тело, газ – жидкость, жидкость – твердое тело, жидкость – жидкость) ; Многофазные потоки – модель Эйлера; Свободные поверхности; К числу других возможностей относятся: Графический и командный ввод; Специализированные режимы работы «новичок»/ «эксперт», сопровождаемые интерактивными подтверждениями и средствами подсказки; Обширный набор средств построения сеток, включая автоматизированное сгущение; Импорт геометрических моделей в форматах STL, IGES и VDAFS; Интерфейсы к CAD/CAE – программам, включая трансляцию конечно-элементных моделей, графическое представление результатов и др.: Ansys, HEXAR, ICEM, I-DEAS, Nastran, Patran, Hypermech и SAMM; Разнообразные средства визуализации и обработки результатов (векторные, цветовые контурные заливки, изоповерхности, сечения, трассировка частиц, анимация и др.); Экстаполяция результатов на сетке и поверхности произвольного вида (используются для выдачи результатов в конечно-элементные пакеты); Построение графиков; В качестве препроцессора в Star-CD используется SAMM (Semi Automatic Meshing Methodology – «полуавтоматическая технология разбиения») разработка инжиниринговой фирмы Adapco. SAMM предоставляет следующие возможности: Использование смешенных сеток как из четырех традиционных (например, гексагональных и тетраэдрических) , так и из уникальных срезанных призматических элементов; Процедура автоматической «сшивки» полей параметров в смежных областях с несовпадающей разбивкой – произвольный интерфейс; Автоматизированное адаптивное сгущение, основанное на оценке ошибки расчета; Динамическое искажение (подстройка) сетки для решения задач с переменными граничными условиями (например ,поршневые двигатели); Временно-зависимые, так называемые скользящие сетки с использованием алгоритма «произвольный интерфейс» для лопаточных машин и др.; Дополнительные адаптивные процедуры перестройки (такие, как динамическое внедрение и удаление элементов и до.);